基于關聯屬性的民機IMA系統構型管理方法研究

戴璧彥

摘? 要：構型管理在民機研制的全生命周期一直是一項必不可少的工作，它確保了飛機產品數據的完整性、一致性和可追溯性。基于在國內某型號民機研制階段的IMA系統的構型管理工作，結合當前國內外民機構型管理現狀，闡述了構型管理在民機研制過程中的必要性，分析了當前構型管理方法的不足之處，提出了一種基于關聯屬性的IMA系統構型管理方法，該方法定義了全新的以IMA為主體的構型視圖，能夠快速便捷地識別與IMA系統相關聯的其他系統和相應的軟件屬性，大量減輕了構型管理人員軟件裝機前的確認和管理工作，也為適航提供了統一管理的方法，因此具有重要意義。

關鍵詞：構型管理? IMA系統? 關聯屬性? 構型視圖

中圖分類號：V219? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）05（c）-0082-05

Research on Configuration Management Method of IMA System Based on Associated Attribute

DAI Biyan*

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute， Shanghai， 200000? China）

Abstract： Configuration management has always been an essential work in the whole life cycle of civil aircraft development. Based on the configuration management of IMA system in the development stage of a domestic civil aircraft， combined with the current situation of civil organization management at home and abroad， this paper expounds the necessity of configuration management in the development process of civil aircraft， analyzes the shortcomings of current configuration management methods， and puts forward an IMA system configuration management method based on correlation attributes， This method defines a new configuration view with IMA as the main body， which can quickly and easily identify other systems associated with IMA system and corresponding software attributes， greatly reduces the confirmation and management work of configuration managers before software installation， and also provides a unified management method for airworthiness， so it is of great significance.

Key Words： Configuration management; IMA system; Associated attribute; Configuration view

飛機的設計研制是一項極其復雜和龐大的工程，隨著科研技術不斷發展以及客戶對飛機功能需求的提高，單一的基礎型號飛機已經不能滿足客戶的需求和市場的競爭，只有根據客戶的具體要求不斷地更改和改進構型，生成系列化或者模塊化的產品才是民機研制企業長久發展之道。但是不斷改型的后果必然是產生大量的產品數據和技術狀態等，因此飛機的構型管理顯得尤為重要。

構型管理（Configuration Management，CM）最早是20世紀60年代由美國空軍和航空航天局提出的一套科學規范的產品管理方法，其目的是為了通過將產品研制階段所有數據關聯起來，進行管理和控制來解決產品改型過程中混亂的問題。我國構型管理的概念是在民機轉包生產中才引入的，通過借鑒波音、空客等國外先進主制造商的構型管理方法，逐漸建立了適合自身型號的構型管理體系和方法，并得到了廣泛的應用。但由于起步較晚，體系和方法都還不夠完善和成熟，缺少標準規范的支撐和先進的管理理念，因此將構型管理信息化和數字化，達到產品數據的完整性、前后一致性和可追溯性的目標，仍然需要不斷探索和完善。

基于在國內某型號民機研制階段的IMA系統的構型管理工作，在IMA軟件裝機前評估工作中發現，由于IMA系統的特殊性，涉及關聯了很多使用IMA資源的其他系統，需要在構型視圖中確認與IMA系統相關聯的其他系統對應的軟件版本，防止軟件與平臺配置不兼容，導致軟件加載失敗或者不正確執行功能的情況發生。目前采用的方法是人為判斷與IMA系統相關聯的其他系統并與其相關負責人進行軟件版本的確認工作，這要求負責構型管理的研發人員對飛機系統和架構有較全面的了解，并且因為涉及的系統較多，該項確認工作需要大量時間。因此本文提出了一種基于關聯屬性的IMA系統軟件裝機構型視圖的方法，不僅能夠識別出與IMA相關聯的其他系統，還能對其軟件版本進行記錄和管理，大量減輕了構型管理人員繁瑣的確認和管理工作。

1? IMA系統

IMA（Integrated Modular Avionics，綜合模塊化航電）最早是B777采用的架構，隨著技術的不斷發展，現今飛機系統復雜程度成倍增加，原先的飛機架構已不能滿足集成化的需求，以IMA為架構的飛機航電系統是當前飛機市場的主流選擇。

IMA是一個公共的處理平臺，即飛機的大腦，為全機多個不同的系統提供數據計算、數據傳輸和數據轉換等共享資源。它的硬件主要由核心處理資源、網絡交換機和遠程數據接口單元等組成，分別負責上述的3個功能。涉及的系統包括各個航電系統和機械系統，如艙門控制系統、導航系統、飛管系統、水廢水系統、環控系統和液壓系統等。

IMA系統具體框架[1]如圖1所示。IMA系統具體架構其中，GPM（General Processing Module，通用處理模塊）內駐留了AOT（Aircraft Options Table，飛機選項表），AOT 駐留應用實現構型數據的發布功能，從AOT數據庫中讀取數據，按照預先定義好的接口，通過 ADN 將這些數據發布給其他飛機系統使用。

由此可見，IMA由于涉及全機多個系統，其在構型的更新和更改過程中，尤其是軟件換版時，需要捕獲到其他系統的軟件版本是否已經更替的信息，來達到軟件版本與平臺配置兼容的目的，否則將會導致軟件加載失敗，構型的不一致，造成構型混亂，也會影響到系統功能的正常運行。

2? 構型管理

2.1 構型管理定義

飛機的構型管理[2-4]指在飛機的全生命周期中，將飛機的結構數據、工藝數據、技術說明等能體現產品的物理和功能特性的信息以某種形式進行統一管理和記錄，確保與設計和需求的一致性。

簡而言之，飛機構型管理就是對飛機屬性的配置和控制的過程。其主要目的有以下幾點。

（1）在研制階段基于復雜的系統設計建立飛機的整體結構。

（2）建立某種構型管理規則，使得經過改型后以最少的零件數產生多種產品類型。

（3）記錄和建立飛機完整的產品數據和技術文檔等，使得版本和數據具有一致性、可追溯性和完整性。

（4）便于控制、檢查和調整預先構型要求與交付產品間的構型偏差。

飛機的構型管理是存在于飛機的全生命周期[5-6]的，它以飛機結構為組織方式，通過對更改、狀態以及審核等過程進行控制，集成和協調研制階段的所有飛機數據，保證飛機在設計、制造、維修和改型等階段的所有文檔數據及狀態的一致性，并且整個過程都必須保證可視化。

構型管理的最重要的是做好基線版本的管理和更改管理[7]。飛機在全生命周期中的某個時間點已經成功獲得局方批準時，所有帶層級、關聯關系和邏輯關系的構型資料就能被集合成一個基線版本，該版本是不能被隨意改動的，并且納入構型管控，以后的所有改型都應該在基線版本的基礎上進行更改。其中構型文件指能夠描述和記錄飛機各種功能和物理特性的技術文檔，包括客戶的需求、飛機功能定義、設計方案、結構圖紙及維修手冊等，并且他們都必須指向和關聯到飛機的構型項[8]（Configuration Item，CI），即構型管理是通過對構型文件的管理來實現對飛機實體的管理。

2.2 構型管理方法和流程

早期階段構型管理的方法[9]是基于圖紙化的管理，通過在圖紙上標明某零部件對飛機某架次有效，該方法的缺點是當圖紙修改時，需要追溯已發布的圖紙。現在主要采用基于模塊的構型管理方法。

模塊的概念是從產品結構的角度引入的，模塊是指由若干零部件組成的某個子系統。將飛機復雜系統劃分成若干個子系統，每個子系統都是一個模塊，基于模塊形成構型管理的基本單元，特定機型的某架飛機的構型通過對模塊的選擇和配置形成。

飛機的構型管理一般包括標識、控制、紀實和審核4個活動[10]。

構型標識是用來反映飛機的功能和物理特性，包含了飛機的代號、軟硬件版本號和批次信息等。需要保證圖號/件號/文件號的正確分配，確定項目的名稱命名慣例，并建立正式基線。

構型控制主要是指飛機某個構型項進行更改控制的流程，飛機設計和制造商對其進行分析和評估，并監控工程變更建議。

構型紀實是形成飛機構型信息相關記錄和報告的過程。主要是監控追蹤基線構型以及工程變更建議和所有變化活動。

構型審核是基于初步設計評審和關鍵設計評審等驗證和證明構型項/構型文件的功能、性能滿足功能構型文件號分配構型文件中規定的功能特性要求的過程。

2.3 構型管理視圖

飛機產品結構定義了產品和產品組成，展示了飛機上下級關聯關系的方法，是產品數據管理系統建立的依據。根據型號研制客戶的不同需求，產品結構有多個視圖構成。常見的視圖有定義視圖、設計視圖、系統視圖、選配視圖、試驗視圖等。

其中系統視圖從系統需求和功能的規劃和分解的角度描述了飛機各系統間的功能構成關系，組織和管理系統設計過程中產生的描述系統功能和驗證的構型信息。在飛機的系統設計過程中產生的構型數據，這部分數據是定義飛機系統功能和組成、驗證飛機系統及設備、軟件的功能性能的重要構型信息。

系統視圖可分為3層：頂層、構型層和底層。頂層結構體現了系統功能的分解，即機型、系統、分系統、分-分系統。構型層是構型管理的核心層，它又可分為3層。

（1）構型項層：體現系統、設備、軟件的功能定義和位置信息。

（2）關聯對象層：記錄某構型的生效范圍，即架次有效性。

（3）設計模塊層：滿足構型項所定義抽象功能的具體實現，即構型。

底層管理真實的裝配件或組件，承載各種構型數據。

系統視圖缺失將會導致構型信息缺失、不完整，不準確;影響設備軟件裝機、影響系統功能通過驗證;更嚴重會影響構型失控，導致飛機不安全。

3? 基于關聯屬性的IMA構型視圖

在飛機不同系統的系統視圖中，其子系統、硬件設備和軟件都作為構型層中的某一構型項，并且關聯對象層代表其對應的飛機架次，設計模塊層則包含了設備圖紙、設備屬性、軟件屬性等相關文件，即構型的具體數據。

由上文介紹可知，隨著飛機集成度和需求的提高，更多系統的應用軟件被要求駐留在IMA平臺中。而由于IMA平臺的特性，駐留應用的軟件需要和IMA平臺的軟件版本兼容，才能成功加載到平臺上并正確執行相應的功能，其中便涉及到了軟件版本的管理問題。

而當前現狀，國內飛機型號研制過程中沒有系統性和完善的構型管理方法來約束和管理軟件換版的問題。以飛控系統為例，其飛機控制模塊（Flight Control Module，FCM）軟件需要駐留在IMA平臺的GPM中。當其軟件進行更改升版后，只會在飛控系統的系統視圖中進行軟件版本的更新，在軟件裝機前，需要IMA專業的構型管理人員去檢查其軟件版本號是否更新，否則將可能會導致軟件加載失敗;當IMA自身平臺軟件更改升版后，IMA專業構型管理人員會發布軟件變更分析文件，各個需要駐留在IMA平臺的系統必須按照變更后的平臺環境進行軟件的開發或者更改，否則即使能夠加載成功，在進行機上測試試驗時，會出現無法正確執行飛機功能的情況。某型號飛機上駐留在IMA平臺的系統可能多達幾十個，如果沒有合適的構型管理方法，將會造成多余繁瑣的工作量，并且不能實現統一管理，對后續適航帶來不必要的麻煩。

本文提出一種基于關聯屬性的IMA構型視圖的構型管理方法。還是以飛控系統為例，在其飛行控制模塊軟件構型層下的FCM軟件屬性中，增加一個是否與IMA相關的屬性（標紅行），如圖2中所示。

根據該屬性，即可篩選建立一個以IMA為主體的構型視圖，該視圖包含了所有與IMA相關聯的系統，同時每個關聯系統下的設備和駐留應用軟件信息（紅框內）也能顯示在視圖中，如圖3所示。

與IMA相關聯的各個系統在進行軟件版本更改過程中，在自己的系統視圖內修改軟件版本信息時，該IMA構型視圖中的軟件屬性也會同步進行修改，從而使IMA構型管理人員能夠直觀便捷的對駐留應用軟件版本進行管理，也對IMA自身平臺軟件和各個需要駐留在IMA平臺的系統軟件進行了統一的管理和記錄，大大減輕了軟件裝機前的評估工作，也減少了軟件加載失敗和功能異常的故障發生。

4? 結語

隨著科技水平不斷發展，并且在激烈的市場競爭壓力下，先進高效的構型管理方法對飛機型號的研制工作具有重大的意義。

本文基于在國內某型號民機研制工作積累的經驗，分析了當前國內飛機IMA系統與駐留在IMA平臺的其他系統間軟件構型管理存在的問題和缺陷，提出了一種基于關聯屬性的IMA構型視圖，對軟件更改進行了有效的控制，不僅簡化了軟件裝機前評估的工作流程，也為后續適航工作提供了有力的保障。

參考文獻

[1] 伊恩·莫伊爾，阿倫·西布里奇，馬爾科姆·朱克斯，等.飛機航空電子系統[M].北京：國防工業出版社， 2015.

[2] 閆強.飛機構型管理及其控制技術的應用探究[J].經濟技術協作信息，2018（34）：87.

[3] 張明任.飛機構型管理研究與應用[J].中國科技投資，2017（21）：67-68.

[4] 邱晞，王立新，鐘進，等.基于系統工程的一體化構型中國科技投資管理[J].中國信息化，2020（2）：52-55.

[5] 石振華.面向飛機設計的構型管理研究[J].智能制造，2020（4）：50-53.

[6] 李青，馮丹，梅正朋.飛機使用壽命周期構型管理和追溯[J].計算機集成制造系統，2016（2）：476-481.

[7] TPT Technologies， Inc.What is configuration management[EB/OL].（2015-07-01）.http：//www.cmstat.com/downloads.cfm.

[8] 劉丹.基于PLM的飛機構型管理系統研究與實現[D].上海：上海交通大學，2016.

[9] 王莉莉，任和，王志強，等.民機在役構型管理思路和方法研究[J].航空維修與工程，2014（1）：81-83.

[10] Tadao Mu rata. Petri nets， properties， analysis and applications[J].Proceedings of The IEEE，1989，77（4）：541-580.